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摘要：本文通过TSP203超前地质预报在三峡翻坝高速季家坡隧道左线施工过程中的探测预报，介绍其工作原理、方法，并结合工程应用实例展开了研究，总结其过程中应该注意的问题。
关键词：隧道；地震波；超前地质预报；应用
前言
随着国家科技的不断进步和发展，隧道施工技术有了长足的发展，高速公路、高速铁路和城市地铁发展迅速，隧道工程数量越来越多，长度也越来越长，施工速度也越来越快，埋深也越来越大，伴随着对到工程的地质条件越来越复杂，存在的安全隐患也越来越多，为了保证隧道施工安全和高效，超前地质预报就显得越来越重要。
季家坡隧道位于宜昌三峡翻坝高速三斗坪镇，全长3584m，为三峡翻坝高速第三段隧道。对季家坡隧道左线的超前地质预报工作的目的在于：探测掘进掌子面前方约150m范围内的岩层强弱及构造特征等地质情况，提出施工建议，为保障隧道施工安全服务，减少或避免因突发地质灾害或支护不当而导致各种损失。本次超前地质预报的探测方法主要采用TSP203系统作长距离宏观控制。
1工作原理
TSP是一种新颖、快速、有效、无损的反射地震技术，它是为隧道超前地质预报而专门设计的，可以在隧道施工、地下矿藏、洞穴和地下墓穴开挖前提供帮助，其目的在于迅速超前地提供开挖周围及前方的三维空间的工程地质预报。
与其它反射地震波方法一样，TSP采用了回声测量原理。地震波在指定的震源点采用小药量激发产生。地震波在岩石中以球面波形式传播。当地震波遇到岩石物性界面(即波阻抗差异界面，例如断层、岩石破碎带和岩性变化等)时，一部分地震信号反射回来，一部分信号折射进入前方介质。反射的地震信号将被高灵敏度的地震检波器接收。反射信号的旅行时间和反射界面的距离成正比，故能提供一种直接的测量。
TSP203超前地质预报系统的现场布置及测试过程由一系列炮点、一到两个三维接收传感器（X、Y、Z方向）、接收机及数据处理系统组成（见图1）。
根据探测结果，掌子面前方150米范围内，围岩纵波速度范围为4300～5700m/s，密度为2.3～2.6g/cm3。掌子面附近围岩为炭质页岩与灰岩，节理、裂隙较发育，岩体较为破碎，具体探测推断成果如下：
ZK14＋902～ZK14+932段岩体破碎，岩石密度较之前变小，岩质较软。节理、裂隙较发育，局部岩溶裂隙较发育，岩体呈薄层状或碎裂块状，拱顶易掉块，为Ⅳ类围岩。
ZK14+932～ZK14+960段岩体破碎，岩石密度较之前变小，岩质较软。节理、裂隙较发育，局部岩溶裂隙较发育，岩体呈薄层状或碎裂块状，有层状软弱面，可能含岩溶水，有坍塌和掉块的危险，建议该段排堵水工作同时加强支护，为Ⅳ类围岩。
ZK14＋960～ZK14+977段岩体较破碎，岩石密度较之前变小，岩质较软。节理、裂隙较发育，局部岩溶裂隙较发育，岩体呈薄层状或碎裂块状，为Ⅳ类围岩。
ZK14＋977～ZK14+997段岩体整体较完整，岩质较坚硬，密度较大，岩体中厚层状，局部节理、岩溶裂隙较发育。围岩稳定性较好，为Ⅲ类围岩。
ZK14+997～ZK15+052段岩体破碎，岩石密度较之前变小，岩质较软。节理、裂隙较发育，局部岩溶裂隙较发育，岩体呈薄层状或碎裂块状，可能存在掉块现象，可能含裂隙水，为Ⅳ类围岩。
后经开挖揭示，ZK14+932～ZK14+960段拱部4～5m范围内发育充填溶洞，溶腔边界侵入开挖线内约1.5m，拱部开挖线以外溶腔发育界限不明，拱顶及两侧掉块现象严重，与预报结果基本吻合；ZK14+997～ZK15+052段岩体破碎，裂隙较发育，两处断距约2.5m断层，有掉块和坍塌现象，拱顶有滴水现象，与预报结果基本吻合。
本次探测纵波速度和岩石密度数值偏小，前方岩体节理裂隙较为发育，可能存在相对较弱的薄弱夹层，局部存在破碎带，裂隙可能含水。而且正处于雨季，局部雨季裂隙水发育，特别容易造成拱顶稳定性较差而掉块塌方。
TSP203是一种专门为隧道超前预报而设计的检测系统而被普遍采用，但在应用中，要充分考虑其边界条件，即：被探测物有足以使地震波反射的界面，而且这个界面的法线与隧道轴线的夹角越小效果越好；探测岩溶时，岩溶应有一定延伸，形成界面，否则探测效果不好；探测效果还与溶槽洞穴的发育状态有关；探测的分辨率与探测深度成反比，与探测目的物的体积成正比，物探称之为洞径比，即探测深度与被探测物的直径之比，一般洞径比大于20时分辨率严重降低；现场最好采用瞬发式雷管，减少延迟，提高地震波原始数据精度；隧道超前地质预报应采用多种探测手段，同时与地质方法、化探方法相结合，来减少物探的多解性，达到解释的唯一性。
4结束语
TSP203具有适用范围广、预报距离长、预报精度高、对隧道施工干扰小、提交资料及时和节约投资费用等优点，因此能提前提供有关隧道前方和周围地质变化的信息，及时采取应对措施，避免各种地质灾害，安全顺利通过不良地质体，起到节约工期、降低成本的目的。
参考文献：
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基金项目：
十三五国家科技重大专项（2016ZX05045002-003）地面井碎软煤层煤体结构参数探测及量化判识技术装备
论文作者:屈旭辉
论文发表刊物:《防护工程》2018年第22期
论文发表时间:2018/12/6
标签：裂隙论文; 隧道论文; 超前论文; 围岩论文; 地质论文; 节理论文; 岩溶论文; 《防护工程》2018年第22期论文;